多电压复合驱动的高速开关阀性能研究

高速开关阀是数字液压技术的核心元件.高速开关阀的动态特性是决定数字液压技术响应速度和控制精度的关键.提出多电压复合驱动策略,通过预加载方法优化了高速开关阀启闭初始电流,并结合电流反馈和数字逻辑触发机制,实现了 5个驱动电压的自适应切换,最大程度上确保了高速开关阀的快响应切换和低功耗驱动.理论分析探究了初始电流和驱动电压对高速开关阀动态特性的影响规律,并基于该规律得到了改善高速开关阀动态特性的方法.搭建了高速开关阀仿真模型,开展了动态性能试验,通过直接测试和间接测试两种方法对所提出的多电压复合驱动方法的有效性进行了验证.结果表明,相比较于双电压驱动方法,多电压复合驱动方法在不增大驱动电压的前提下,通过优化启闭初始电流,大幅提高了开关阀的响应速度,减少开启滞后时间66.7％、缩短关闭滞后时间87.5％,并能改善高速开关阀流量控制特性,将其流量线性范围扩大了 17.1％,同时还降低热功率损耗64.8％,减小工作钢球压迫受力,延长高速开关阀使用寿命.     

基于性能退化的智能脱扣器电源模块健康状态预测

一般情况下电子产品在失效前性能已经发生退化，而传统的寿命预测方法没有利用退化信息。以智能脱扣器电源模块为研究对象，分析MOSFET开关周期和电路薄弱环节储能电容退化之间的关联关系，提出将MOSFET开关周期作为电源模块性能退化的特征量，建立以MOSFET开关周期为特征参量的智能脱扣器电源模块性能退化模型；将电源模块划分为健康、注意和危险3种健康状态，确定健康状态转移图和转移时间的计算方法，建立其健康状态评估模型；对电源模块进行温度应力下的加速退化实验，验证性能退化模型和健康状态评估模型，并预测电源模块在40℃工作环境下由健康状态转移至注意状态的平均转移时间为3 906天，转移至危险状态的平均转移时间为9 296天。     

数字液压AGC系统的位置控制方法研究

根据液压自动增益控制系统和高速开关阀的特点,建立了数字液压自动增益控制系统模型,并对其内环进行了模拟及对比。为了在高速开关阀的应用下调节液压缸的参数,提出将占空比线性转换PWM控制分别应用于传统PID控制和模糊自适应PID控制,并对两种控制方法进行分析,得出两种控制方法对系统的影响。     

基于PWM控制的ESP高速开关阀动力学特性研究与仿真

汽车ESP中采用的高速开关阀是二位二通电磁阀,通过电磁阀的开启或关闭来实现车轮轮缸的增压、保压和减压。在(10~100)Hz低频范围内,高速开关阀虽实现了平均开度控制,但阀还是会出现时开时闭的状态,且电磁阀在状态切换中存在压力响应滞后现象。为了提高液压系统的控制精度,提出了脉宽调制(Pulse Width Modulation,PWM)控制高速开关电磁阀的仿真模型,研究分析了调制频率在高频情况下,通过改变PWM下的占空比,实现高速开关阀压力精确控制的效果,达到ESP制动压力响应快且平稳。     

基于AMESim的高速电磁开关阀动态特性研究

根据高速电磁开关阀机电液结构,采用AMESim建立了高速电磁开关阀仿真模型,基于该模型对高速电磁开关阀在PWM信号下进行动态特性仿真,通过PWM信号、电流、阀芯位移间的动态响应关系,分析了脉冲调制(PWM)控制信号对高速电磁开关阀动态特性的影响,对从信号控制方面改善高速电磁开关阀性能提供理论基础。     

基于AMESim的电磁高速开关阀动静态特性研究

在分析电磁高速开关阀磁路及机液结构的基础上,采用AMESim建立了电磁高速开关阀模型,基于该模型在不同占空比及不同工作频率情况下进行了仿真,分析了PWM信号、电流、阀芯位移关系,从控制角度提出了改善电磁高速开关阀性能的思路。     

高速开关阀非线性模型及其仿真研究

作为半主动控制的执行器,高速开关阀的开、关性能将直接影响半主动控制效果,对其建立准确、可信的模型并进行仿真研究是基于高速开关阀的半主动控制研究的重要环节。本文首先根据磁性材料的磁化曲线建立了高速开关阀非线性数学模型,模型中考虑了磁路中工作气隙的边缘效应及漏磁通;进而设计了试验方案,对该模型进行校验,仿真与试验结果吻合较好;最后,通过试验和仿真对影响高速开关阀性能的一些参数进行分析,并提出相应改善措施。     

失效物理与数据驱动融合的燃油泵在线寿命预测

针对机载燃油泵性能退化过程呈现的多阶段、非线性的特点以及对寿命预测实时性的要求,提出了一种基于失效物理与数据驱动融合的燃油泵在线退化建模与寿命预测方法。通过开关卡尔曼滤波器对燃油泵退化阶段进行在线识别,并对快速退化阶段建立失效物理与数据驱动融合的退化模型,然后基于无迹卡尔曼滤波器对建立的退化模型不断进行模型参数更新,并使用更新后的模型对失效寿命进行预测。将所提方法分别与纯数据驱动的方法、不进行退化阶段识别以及不进行参数更新的融合方法进行比较,整个参数更新过程中其均方根误差不超过0.3,寿命预测百分比误差不超过2%,均小于对比方法,验证了本文方法的有效性与优越性。     

基于SVDD及ARIMA融合模型的给水泵退化状态监测方法

给水泵的退化状态监测对相关工业生产的有序运行具有重要意义。文中提出了一种给水泵退化状态监测方法,通过评估设备的健康状况和性能对设备退化趋势进行预测。该方法包括数据采集、特征提取、安全域构建、退化表征、退化过程建模和退化趋势预测6个步骤。该方法使用最易获取的健康数据作为训练集来构建安全域模型,然后利用超空间中更好的特征提取能力对退化过程进行表征和预测,最后使用异常数据测试预测模型的性能。文中使用一组真实的给水泵工业监测数据进行验证,并提出了一种退化趋势预测的评价方法。该方法通过5个量化指标从退化表征和预测性能两个维度对退化状态监测效果进行评估。实验结果表明,该方法不但较好地反映了给水泵的实际退化,而且实现了高精度的退化趋势预测,为给水泵智能运维提供了可靠的决策依据。     

离合起步用高速开关阀工作特性与驱动方法研究

在普通脉宽调制(PWM)信号驱动下,高速开关电磁阀的开启和关闭时间较长,反应慢,影响了高速开关电磁阀的控制性能。为了进一步提高高速开关阀的控制性能,在分析高速开关阀工作特性的基础上,提出了多路混合驱动方法,缩短了高速开关阀的开启和关闭时间,减小了压力控制时的压力波动,改善了高速开关阀的控制性能。在汽车离合器起步控制中,使用该方法很好地改善了汽车的起步性能,发动机转速比较平稳,从动盘转速增加趋势的波动较小。     

High speed on/off valve control hydraulic propeller

The work-class remotely-operated-underwater-vehicles(ROVs) are mainly driven by hydraulic propulsion system,and the effeciency of hydraulic propulsion system is an important performance index of ROVs.However,the efficiency of traditional hydraulic propulsion system controlled by throttle valves is too low.Therefore,in this paper,for small and medium ROVs,a novel propulsion system with higher efficiency based on high speed on/off valve control hydraulic propeller is proposed.To solve the conflict between large flow rate and high frequency response performance,a two-stage high speed on/off valve-motor unit with large flow rate and high response speed simultaneously is developed.Through theoretical analysis,an effective fluctuation control method and a novel pulse-width-pulse-frequency-modulation(PWPFM) are introduced to solve the conflict among inherently fluctuation,valve dynamic performance and system efficiency.A simulation model is established to evaluate the system performance.To prove the advantage of system in energy saving,and test the dynamic control performance of high speed on/off valve control propeller,a test setup is developed and a series of comparative experiments is completed.The smimulation and experiment results show that the two-stage high speed on/off valve has an excellent dynamic response performance,and can be used to realize high accuracy speed control.The experiment results prove that the new propulsion system has much more advantages than the traditional throttle speed regulation system in energy saving.The lowest efficiency is more than 40%.The application results on a ROV indicate that the high speed on/off valve control propeller system has good dynamic and steady-state control performances.Its transient time is only about 1 s-1.5 s,and steady-state error is less than 5%.Meanwhile,the speed fluctuation is small,and the smooth propeller speed control effect is obtained.On the premise of good propeller speed control performance,the proposed high speed on/off valve control propeller can improve the effeciency of ROV propulsion system significantly,and provides another attractive ROV propulsion system choice for engineers.     

高速开关阀特性试验研究

高速开关阀作为实现电液数字控制技术的关键元件,其工作特性关系到整个系统的工作性能。对目前国内普遍使用的HSV高速开关阀进行了试验研究,分析了卸荷电路、载波频率、供油压力等对高速开关阀动静态特性的影响。结果表明：该阀具有较快的开关响应和良好的线性控制范围。     

Dynamic performance of high speed solenoid valve with parallel coils

The methods of improving the dynamic performance of high speed on/off solenoid valve include increasing the magnetic force of armature and the slew rate of coil current, decreasing the mass and stroke of moving parts. The increase of magnetic force usually leads to the decrease of current slew rate, which could increase the delay time of the dynamic response of solenoid valve. Using a high voltage to drive coil can solve this contradiction, but a high driving voltage can also lead to more cost and a decrease of safety and reliability. In this paper, a new scheme of parallel coils is investigated, in which the single coil of solenoid is replaced by parallel coils with same ampere turns. Based on the mathematic model of high speed solenoid valve, the theoretical formula for the delay time of solenoid valve is deduced. Both the theoretical analysis and the dynamic simulation show that the effect of dividing a single coil into N parallel sub-coils is close to that of driving the single coil with N times of the original driving voltage as far as the delay time of solenoid valve is concerned. A specific test bench is designed to measure the dynamic performance of high speed on/off solenoid valve. The experimental results also prove that both the delay time and switching time of the solenoid valves can be decreased greatly by adopting the parallel coil scheme. This research presents a simple and practical method to improve the dynamic performance of high speed on/off solenoid valve.     

高速开关阀的设计与研究

介绍了一种新型的二级高速开头阀,它采用柱塞式液压增益放大结构,以高速开头电磁阀为先导级,通过二级锥阀的放大,使数字阀最大流量超过80 l/min,且保持较高的切换速度,解决了大流量和快速性之间的矛盾。阀的控制器采用PWM控制原理和降幅双压驱动技术,加速电压持续时间和工作电压幅值均可调节,优化了阀的切换特性。     

基于递归熵及长短期记忆神经网络的滚动轴承退化趋势预测

针对滚动轴承退化趋势预测中的特征选择及模型优化问题,提出了基于相空间重构结合长短期记忆神经网络的滚动轴承退化趋势预测方法.首先,在滚动轴承退化特征灰色关联分析的基础上,对滚动轴承运行状态跟踪能力进行量化评估;然后,为统一描述各个特征对轴承退化状态的表征信息,采用谱聚类方法对滚动轴承运行状态进行了准确划分;最后,以滚动轴...     

先导式大流量高速开关阀的关键技术研究

介绍了一种新型的先导式大流量高速开关阀。先导阀采用无弹簧复位式双电磁铁驱动,大大提高了先导阀芯的开、关速度;先导阀结构形式采用二位三通滑阀式结构,加快了主阀芯上腔压力的上升与下降速度,从而提高了主阀芯的开启/关闭速度。试验结果表明,该阀在进口压力8 MPa的情况下,主阀开启/关闭时间均在0.8～1.0 ms之间。在阀口压差为1 MPa的情况下,测得的流量大于49.68 L/min。     

Development of a piezoelectric high speed on/off valve and its application to pneumatic closed-loop position control system

The use of smart materials-based high speed on/off valve has exhibited the potential to replace traditional servo and proportional valves in fluid power systems. In this paper, a novel pneumatic high speed on/off valve driven by a piezoelectric stack actuator is developed and its dynamics are studied. For an upstream gauge pressure of 0.5 MPa, the valve exhibited a large flow rate of up to 86 L/min. Furthermore, to study the ability of this novel high speed on/off valve to be applied in closed-loop control systems, a real-time position control system is realized using a PID controller. In order to prove its feasibility and effectiveness, a number of closed-loop trajectory tracking experiments are conducted on a pneumatic cylinder. The system is proved feasible and the results demonstrate good tracking performance.

     

影响高速开关阀响应特性的主要设计参数分析

为研究影响数字比例阀先导级高速开关阀响应特性的主要因素,以常闭高速开关阀为研究对象,阐述了该阀结构特征及工作原理,分析了数学机理,运用ANSYS电磁仿真软件建立高速开关阀轴对称二维瞬态电磁模型。通过对高速开关阀电磁特性分析及实验测试,验证了所建模型的正确性。基于该模型在不同线圈匝数、阀芯质量、线圈内阻、复位弹簧刚度、衔铁与挡铁吸合接触面积时,对高速开关阀阀芯运动各阶段进行动态模拟,分析了影响高速开关阀响应特性的主要设计参数。结果表明:线圈匝数对高速开关阀响应速度的影响最大,当线圈匝数增加67%时,高速开关阀开启时间延长27.8%,关闭时间延长11.6%,总响应时间延长21.6%;线圈内阻、阀芯质量与复位弹簧刚度3个因素对高速开关阀响应速度的影响次之,环形接触面积对高速开关阀总响应时间影响较小,磁轭壁厚对高速开关阀运动各阶段响应时间基本没有影响。     

高速开关阀控制策略研究

流量和频响是衡量高速开关阀性能的两大重要指标,同时也是最大的内在矛盾。对于诸多成品高速开关阀而言,其流量特性已经在生产装配完成时基本确定,但是其频响特性却可以通过后续控制策略的优化来提升,从而在一定程度上缓解流量和频响这对内在矛盾。通过搭建高速电磁铁的仿真模型,并分析基于该高速电磁铁的高速开关阀在流量特性不变的情况下,不同控制策略对其动态特性的影响。通过仿真验证了三电压控制策略的优越性。     

脉宽调制先导级高速开关阀特性研究

在大型工程机械和农用车辆上,广泛采用电液比例阀作为工作装置控制元件。PWM先导级高速开关阀在100 Hz时良好的开关性能是决定电液比例阀性能的重要因素。该研究建立了高速开关阀的数学模型,并应用基于Simulation X系统的PWM高速开关先导阀的仿真模型,对高速开关阀阀芯位移响应特性进行研究,分析了弹簧刚度、工作气隙、衔铁质量、线圈电流等参数对阀芯位移响应的影响以及高速开关阀的流量特性,给出流量控制时PWM占空比的修正公式。